漏电断路器在煤矿地面通风机房低压电路中的应用

王海玲

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司， 山西 晋中 045400）

引言

由于煤矿地面通风机房环境比较恶劣，容易造成低压电网漏电，漏电故障不仅影响供电的良好运行，还威胁工人的安全[1]。根据国家相关规范要求：必须在低压反馈线路上配置选择性漏电保护装置或者检查漏电的保护设备，确保发生线路漏电时能够自动断电。漏电保护装置不仅能够及时检测并排除漏电故障，减少断电时间，还能够预防电路漏电而导致相间短路的问题。因此，通风机房低压线路上的漏电保护装置的可靠性与灵敏度直接关系到通风机房供电的安全。

1 开关使用状况

某矿地面通风机房的低压反馈线路上安装有漏电保护装置。对其进行漏电试验，发现漏电保护装置的分开关无法正常启动。由于分开关的启动故障导致总开关的灵敏性大大降低，延长了开关的动作时间，这会影响通风机房低压线路的供电，并且造成一定的安全隐患。

2 故障原因

2.1 分开关不动作

电网电压、系统运行方式、系统容抗以及漏电电阻都与零序电流以及零序电压有关。经过对通风机房供电线路故障的分析，由于工作面距离新建设的变电所比较近，整个电力系统较小，所用的电缆较短，导致低压供电系统的电流与电压都较小[2]。当线路发生漏电时，漏电保护系统无法采集到零序电流，因此漏电保护系统难以利用零序电流相位以及零序电压确定漏电线路位置，导致无法利用零序功率的原理检测出漏电，使分开关无法正常启动。

对本次低压线路的绝缘电阻以及对地电容进行测量，测量结果发现低压电网的绝缘电阻趋于无穷，而对地电容却比较小，无故障线路的对地电容大约为0.03 μF，而发生故障线路的对地电容大约为0.02 μF。故障线路中流过的电流主要是电容电流，为其他非故障线路中的电流的总和。

2.2 总开关延时过长

附加直流电源式原理检测回路无法被分开关完全切断，对漏电线路中最远点漏电以及单相进行检测时，总开关的36 V附加直流电源需要与各分开关厄流线圈、三相电抗器、保护以及接地点进行线路连接，构成通路，对所有回路中存在的电容来充电。单个回路中的电容充电时间较短，但随开关回路的增加，需要对电容充电的总时间就会增长，延长总开关的动作时间，降低总开关的灵敏度，使漏电保护失去其作用。

3 改造方案

3.1 合理选择漏电断路器

漏电断路装置有三种类型，分别为交流脉冲型、电流型以及电压型[3]。合理选择漏电断路器能够有效降低漏电的故障概率。由于三相交流电相互间不平衡导致的漏电容易降低交流脉冲型漏电断路器的判断精度，增加其误判的可能性；电压型漏电断路器不适合对各分路进行保护，适用于保护地面变压器的低压侧。根据上述分析，低压反馈线路上适宜安装电流型漏电断路器。电流型漏电断路器具有过压、欠压脱口以及短路的功能，能够有效保护漏电线路的安全，如图1所示。

图1 低压供电网路采用分层保护示意图

3.2 改造分开关

为了避免分开关不动作的故障，对分开关漏电检测回路进行改进。将三相电抗器与断路器常闭辅助接点串接以后再接入厄流线圈。当合上分开关后，断路器常闭辅助接点就会断开，通过完全切除直流电源式检测回路，来避免总开关对分开关漏电检测的影响。断开分开关后，漏电断路装置仍然能对存在漏电的分支路进行闭锁，中断电流的流通。

3.3 改造总开关

考虑1 140 V与660 V两种电压不同等级，需要合理选择附加电容，根据通风机房低压线路的实际情况，需用规格为0.22 μF/1.6 kV的电容器。安装3只0.22 μF/1.6 kV电容器板在总开关保护基板上，且将这3个电容板并联后进行接地。在三相出线接线柱上接入其余三端。为了避免总开关的延时，需要对总开关的线路进行改进。当供电线路中电容值较小时，需要连接附加电容来增加零序功率方向式漏电保护的电流，需要让发生漏电线路的电流大于20 mA，电容大于0.196 μF。

3.4 优化漏电断路器可靠性

通过对电源线路以及控制线路的设计与改进，来增强供电电路的可靠性。根据一系列的信号，控制电路作出判断，输出相应的动作信号，实现保护电路网络。

1）采用双电源对电源电路进行供电，在线路正常运行时，电路由电网电压提供。当由于线路短路电网电压变小时，电路由零序电流互感器的速饱和线圈提供。当线路由于短路而发生故障时，可以利用零序电流互感器进行供电，保证线路的可靠性与安全性。

由于变压器所占的体积较大，本线路所应用的环境要求电路所占用的体积比较小，导致无法使用变压器对电源电路进行隔离与降压。由于电阻属于耗能类元件，若采用电阻进行降压，会产生很大热量及耗损。由于通风机房线路环境比较恶劣，难以进行有效的散热，而通过电容不仅能进行有效降压，还不会产生很多的热量。因此，可以通过电容降压的方式提供给控制回路一定的滞留电源。

2）控制电路的功能主要有两个，分别为：检测线路中零序电流的数值以及将零序电流与原设置的动作电流进行比较，并使脱扣器线圈通过延长相应时间来获取一定的电量，使铁芯互相吸合，迅速打开动静触头，切断故障线路的供电，实现对线路的保护，其中脱扣器线圈的延长时间以及电流整定值是利用硬件电路进行提前设定。

当线路发生故障时，如果直接通过控制电路去控制驱动脱扣器线圈，会使得线路上的负载过大，当线路中负载比较大时，会影响线路的正常工作。因此，平衡小体积电路、电容降压导致的电源功率较小以及脱扣器线圈驱动能力三者之间的关系决定了断路器的使用性能。本次设计选择使用小功率的控制芯片，晶闸管的门级依靠较小的电流进行驱动，利用小电流来使脱扣器进行脱扣。通过合理平衡上述三者之间的关系来确保各个功能的实现，满足通风机房低压线路的实际要求。

3.5 增强煤矿低压漏电保护系统动作稳定性

漏电保护系统中的分动作时间是判断其稳定性的关键指标[4]。通风机房的低压供配电系统中，一般末级保护选用磁力启动器，并需要确保磁力启动器漏电闭锁保护动作的实时性、稳定性以及灵敏性。为了确保在通风机房危险情况下工人的安全，漏电保护动作的时间要相对较短，且需要安装具有选择功能的漏电保护装置，其中分支线路馈电开关要不大于50 ms，且总馈电开关漏电动作时间要小于等于250 ms。较短的漏电保护动作时间以及相应的漏电保护装置才能确保供电线路的安全性与稳定性，满足通风机房的实际需要。在对某一具体煤矿的低压供电线路进行改进前，应该熟悉通风机房低压供电线路改进的相关行业规范，设置低压供电线路的综合保护装置，保证低压供电漏电保护系统的灵敏性与动作的稳定性。在线路出现故障的情况下，漏电保护装置能够及时进行断电，确保供电系统的安全。

4 结语

低压线路的漏电故障不仅影响通风机房供电的良好运行，还威胁操作工人的安全。通过将三相电抗器与断路器常闭辅助接点串接以后再接入厄流线圈，来避免分开关不动作的故障。在总开关的线路上连接附加电容来增加零序功率方向式漏电保护的电流，来避免总开关的延时故障。采用双电源对电源电路进行供电、电容降压的方式以及脱扣器线圈驱动断电这三种措施来增加漏电保护装置的可靠性。通过上述改进措施，增加了漏电保护装置灵敏性与动作的稳定性，确保低压供电线路安全。